Süper iletken tel - Superconducting wire

Süper iletken bir mıknatısta kullanılan bir tel ( V 3 Ga alaşımı) örneği

Süper iletken teller , süper iletken malzemeden yapılmış elektrik telleridir . Geçiş sıcaklıklarının altına soğutulduklarında sıfır elektrik direncine sahiptirler . En yaygın olarak, niyobyum-titanyum gibi geleneksel süper iletkenler kullanılır, ancak YBCO gibi yüksek sıcaklıklı süperiletkenler piyasaya girmektedir.

Süper iletken telin bakır veya alüminyuma göre avantajları arasında daha yüksek maksimum akım yoğunlukları ve sıfır güç dağıtımı bulunur . Dezavantajları arasında tellerin süperiletken sıcaklıklara kadar soğutulma maliyeti (genellikle sıvı nitrojen veya sıvı helyum gibi kriyojenleri gerektirir ), telin su verme tehlikesi (ani süper iletkenlik kaybı), bazı süper iletkenlerin düşük mekanik özellikleri ve maliyet yer alır. tel malzeme ve inşaat.

Ana uygulama alanı, yüksek manyetik alanların gerekli olduğu bilimsel ve tıbbi ekipmanlarda kullanılan süper iletken mıknatıslardır .

Önemli parametreler

İnşaat ve çalışma sıcaklığı tipik olarak aşağıdakileri en üst düzeye çıkarmak için seçilecektir:

  • Kritik sıcaklık T c , altında telin süper iletken hale geldiği sıcaklık
  • Kritik akım yoğunluğu J C , en fazla akım bir süper-iletken kablo birim enine kesit alanı başına taşıyabilir (20 kA / cm örnekleri için aşağıdaki görüntülerini 2 ).


Süper iletken teller / bantlar / kablolar genellikle iki temel özellikten oluşur:

  • Süper iletken bileşik (genellikle filamentler / kaplama formunda)
  • Süper iletken malzemede süper iletkenlik kaybı ( söndürme olarak bilinir ) durumunda akımı taşıyan bir iletim dengeleyici .


Mevcut paylaşım sıcaklığı T cs , süperiletken aracılığıyla taşınan akımın dengeleyiciden de akmaya başladığı sıcaklıktır. Bununla birlikte, T cs , söndürme sıcaklığı (veya kritik sıcaklık) T c ile aynı değildir ; ilk durumda, süperiletkenlikte kısmi kayıp varken, ikinci durumda süperiletkenlik tamamen kaybolur.

LTS kablosu

Düşük sıcaklık süper iletken (LTS) telleri, Nb 3 Sn ( niyobyum-kalay ) ve NbTi ( niyobyum-titanyum ) gibi düşük kritik sıcaklığa sahip süper iletkenlerden yapılır . Çoğunlukla süperiletken, süperiletken herhangi bir nedenle söndürülürse akımı taşıyan bakır veya alüminyum matris içinde filament formundadır. Süper iletken filamanlar, telin toplam hacminin üçte birini oluşturabilir.

Hazırlık

Tel çekme

Normal tel çekme işlemi, niyobyum-titanyum gibi dövülebilir alaşımlar için kullanılabilir.

Yüzey difüzyonu

Vanadyum-galyum (V 3 Ga), bir katı olarak yüksek sıcaklıktaki bileşenin diğer elementte sıvı veya gaz olarak yıkandığı yüzey difüzyonu ile hazırlanabilir. Yüksek sıcaklıkta difüzyon sırasında tüm bileşenler katı halde kaldığında, buna bronz işlemi denir.

HTS tel

Yüksek sıcaklık süperiletken (HTS) telleri, YBCO ve BSCCO gibi yüksek kritik sıcaklığa ( yüksek sıcaklık süper iletkenlik ) sahip süper iletkenlerden yapılır .

Toz içinde tüp

PIT sürecinin basitleştirilmiş diyagramı

Tüp içinde toz (PIT veya tüp içinde oksit tozu , OPIT) işlemi, genellikle niyobyum kalay veya magnezyum diborür gibi kırılgan süper iletken malzemelerden ve BSCCO gibi seramik küprat süper iletkenlerden elektrik iletkenleri yapmak için kullanılan bir ekstrüzyon işlemidir . Demir pnictidlerin tellerini oluşturmak için kullanılmıştır . (PIT, PIT işleminde yeterli ' doku ' (hizalama) oluşturmak için gereken zayıf katmanlara sahip olmadığından, itriyum baryum bakır oksit için kullanılmaz .)

Bu işlem, yüksek sıcaklık süper iletkenlerinin normal tel şekillendirme işlemleri için çok kırılgan olması nedeniyle kullanılır . Tüpler metaldir ve genellikle gümüştür . Genellikle tüpler, toz karışımını reaksiyona sokmak için ısıtılır. Reaksiyona girdikten sonra tüpler bazen bant benzeri bir iletken oluşturmak için düzleştirilir. Ortaya çıkan tel, geleneksel metal tel kadar esnek değildir, ancak birçok uygulama için yeterlidir.

Var yerinde ve ex-situ sıra bir 'çift çekirdekli' yöntem birleştiren iki işlemin varyantları.

Kaplamalı süper iletken bant veya tel

Kaplanmış süper iletken bantlar, ikinci nesil süper iletken teller olarak bilinir. Bu teller, YBCO gibi süper iletken malzemelerle kaplanmış, yaklaşık 10 mm genişliğinde ve yaklaşık 100 mikrometre kalınlığında bir metal bant şeklindedir . Keşfinden Birkaç yıl sonra yüksek sıcaklık süper-iletkenlik gibi malzemelerin YBCO , bu gösterilmiştir epitaksiyel YBCO ince filmler kafes üzerinde büyümüş eşleşen tek kristaller , magnezyum oksit gibi , MgO , stronsiyum titanat (SrTiO 3 ) ve safir sahip süper kritik akım yoğunluklarında 10–40 kA / mm 2 . Bununla birlikte, uzun bir bant üretmek için kafes uyumlu esnek bir malzemeye ihtiyaç vardı. Doğrudan metal substrat malzemeleri üzerine bırakılan YBCO filmleri, zayıf süper iletkenlik özellikleri sergiler. Metal bir substrat üzerindeki c ekseni yönlendirilmiş itriya stabilize zirkonya (YSZ) ara katmanının, tek kristal substratlar üzerinde üretilenden bir ila iki sıra daha az kritik akım yoğunluğuna sahip olan daha yüksek kaliteli YBCO filmleri verebileceği gösterilmiştir.

Atılım , metal bantlar üzerinde çift ​​eksenli olarak hizalanmış itriya stabilize zirkonya (YSZ) ince filmleri üretmek için iyon ışını destekli biriktirme (IBAD) tekniğinin icadıyla geldi .

Çift eksenli YSZ filmi , üzerindeki YBCO filmlerinin epitaksiyal büyümesi için kafesle eşleştirilmiş bir tampon katmanı görevi gördü. Bu YBCO filmler fazla 1 MA / cm kritik akım yoğunluğunun elde 2 . Seryum oksit (CeO 2 ve magnezyum oksit (MgO) gibi diğer tampon tabakaları , süper iletken filmler için IBAD tekniği kullanılarak üretildi .

Yüksek kaliteli süper iletken filmler için 1 nm civarında pürüzlülüğe sahip düz alt tabakalar çok önemlidir. Başlangıçta hastelloy substratlar, pürüzsüz bir yüzey oluşturmak için elektro parlatıldı. Hastelloy , erimeden veya aşırı oksitlenmeden 800 ° C'ye kadar sıcaklıklara dayanabilen nikel bazlı bir alaşımdır. Şu anda, substrat yüzeyini pürüzsüzleştirmek için "cam üzerinde döndürme" veya "çözelti biriktirme düzlemselleştirme" olarak bilinen bir kaplama tekniği kullanılmaktadır.

Son zamanlarda, yüksek manyetik alan altında 77 K'da 500 A / cm'den fazla ve 30 K'da 1000 A / cm genişlikte taşıma kapasitesine sahip YBCO kaplı süper iletken bantlar gösterilmiştir.

Kimyasal buhar birikimi

CVD, YBCO kaplı bantlar için kullanılır .

Hibrit fiziksel-kimyasal buhar biriktirme

HPCVD, ince film magnezyum diborür için kullanılabilir . (Yığın MgB 2 , PIT veya reaktif Mg sıvı infiltrasyonu ile yapılabilir.)

Reaktif birlikte buharlaşma

2. nesil süper iletken tellerdeki süper iletken katman, bileşen metallerin, nadir toprak elementinin , baryum ve bakırın reaktif birlikte buharlaştırılmasıyla büyütülebilir .

Standartlar

TC90 kapsamında süper iletken tellerle ilgili birkaç IEC ( Uluslararası Elektroteknik Komisyonu ) standardı vardır.

Ayrıca bakınız

Referanslar